Procédé pour précipiter l'alumine des solutions d'aluminates de chaux. La présente invention se rapporte à un procédé pour précipiter l'alumine et éven tuellement la chaux dans les solutions aqueuses d'aluminates de chaux.
On peut, comme il est connu, obtenir cette précipitation au moyen d'un acide formant avec la chaux une combinaison elle-même insoluble (acide carbonique, acide oxalique, acide fluorhydrique, etc.), ou encore au moyen d'un acide formant avec la chaux un sel soluble (acide chlorhydrique, acide nitri que, ete.).
Dans le premier cas, le précipité est un mélange d'alumine et de sel calcique; dans le second, il est formé d'alumine seule.
Dans tous les cas, si l'on effectue la pré cipitation dans une solution ne contenant pas encore d'alumine précipitée, on constate que l'alumine mêlée ou non d'un sel de chaux se précipite sous une forme extrêmement ténue, donnant des précipités d'un volume énorme. L'alumine s'y présente sous forme de petits grains qui, le plus souvent, semblent ne pas avoir une structure cristalline. Le procédé de l'invention repose sur des propriétés singu lières des précipités en question qu'a décou vertes l'inventeur et qui vont être décrites.
Si on prend une solution donnée d'alumi nate de chaux et qu'on la traite par l'acide carbonique, on constate que le précipité dé canté après un temps donné représente envi ron 25 % du volume initial de la liqueur traitée.
Pour un litre de liqueur, on a donc 250 cm3 de précipité.
Si on décante les 750 cm' d'eau mère et qu'on ajoute un litre de liqueur fraîche, qu'on précipite par l'acide carbonique, et qu'on re commence ces opérations en décantant chaque fois l'eau mère et en remettant le précipité recueilli en présence d'un même volume de solution pour traiter à nouveau par l'acide carbonique, on constate que le volume du pré cipité total déposé après un temps de décan tation déterminé est constamment décroissant par rapport -au volume total de la liqueur d'où il a été extrait.
Par exemple, dans une expérience, on a trouvé les chiffres suivants en partant d'une liqueur d'aluminate contenant par litre <B>1,850</B> gr d'A1203 et 1,209 gr de CaO:
EMI0002.0004
Rapport <SEP> du
<tb> Opé- <SEP> Quantité <SEP> de <SEP> Volume <SEP> du <SEP> volume <SEP> du
<tb> liqueur <SEP> précipité <SEP> précipité <SEP> au
<tb> rations
<tb> traitée <SEP> recueilli <SEP> volume <SEP> mie
<tb> en <SEP> aeuvre
<tb> Ire <SEP> 1 <SEP> litre <SEP> 250 <SEP> <B>cm' <SEP> 25%</B>
<tb> 3me <SEP> 3 <SEP> litres <SEP> 570 <SEP> cm' <SEP> ( <SEP> <B>19%</B>
<tb> 5me <SEP> 5 <SEP> litres <SEP> 520 <SEP> cms <SEP> 10,4
<tb> 10-e <SEP> 10 <SEP> litres <SEP> 480 <SEP> cm' <SEP> 4,8
<tb> 16me <SEP> 16 <SEP> litres <SEP> 380 <SEP> cm' <SEP> 2,
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<tb> i Une autre expérience donne pour une liqueur de teneur analogue après 44 opéra tions successives un précipité qui ne repré sente plus après 30 minutes de décantation que 1,13,00' du volume total mis en ceuvre (497 cm' de précipité 'pour 44 litres mis en #uvre). Après 80 opérations, le volume du précipité tombe à 0,75/10. En même temps, on constate que l'aspect du précipité s'est mo difié, et que sa densité apparente s'élève con sidérablement, passant dans l'exemple ci- dessus de<B>1,01</B> dans la première opération à 1,
47 après la 80-e opération.
En étudiant le phénomène de plus près, on est amené à remarquer que l'évolution du précipité dépend du nombre des opérations, de l'agitation plus ou moins efficace, de la rapidité plus ou moins grande de chaque car bonatation et du fait que cette carbonatation est effectuée de façon totale ou partielle ou poussée jusqu'à la bi-carbonatation.
En outre, il est possible d'amorcer la pré cipitation initiale par un ensemencement préalable au moyen soit de cristaux ou de grains d'alumine, soit de cristaux du sel de chaux qui doit se produire, soit des deux à la fois.
Le précipité se formant de préférence sur les cristaux ou grains d'ensemencement, on a ainsi un moyen de régler la vitesse de grossissement des grains du précipité, en fai sant naître la cristallisation sur des cristaux ou grains initiaux relativement volumineux, d'autre part, l'ensemencement donne un moyen de différencier par le volume les cris taux ou grains des deux espèces de substances présentes dans le précipité; si l'on ensemence seulement avec des cristaux du sel de chaux, par exemple, le précipité final contiendra le sel de chaux en particules plus volumineuses que les grains d'alumine et la séparation des deux corps se trouvera de ce fait facilitée;
de même, si l'on ensemence avec un mélange de cristaux relativement gros de sel de chaux, et de cristaux ou grains plus petits d'alumine, on obtiendra une précipitation plus rapide des deux substances, mais les cristaux du sel de chaux dans le précipité final seront plus vo lumineux que les grains d'alumine.
On dispose donc, d'une part, de moyens pour régler la densité apparente du précipité, depuis des précipités extrêmement volumi neux (liqueur diluée carbonatée rapidement) jusqu'à des précipités très denses (carbona tation relativement lente répétée en -présence du précipité accumulé) et, d'autre part, de moyens pour régler la vitesse de grossisse ment des cristaux du précipité ainsi que pour différencier les cristaux d'alumine de ceux du sel de chaux formé.
Lorsqu'on traite par un autre acide don nant un sel de chaux insoluble tel que l'acide oxalique ou l'acide fluorhydrique, on observe des phénomènes analogues.
Si l'on traite par un acide donnant un sel de chaux soluble, tel que l'acide chlorhydri que, on constate de même qu'en effectuant plusieurs traitements successifs de solutions fraîches d'aluminates de chaux par de l'acide en présence du précipité antérieurement formé, on obtient un grossissement progressif des particules d'alumine précipitées et, par suite, une diminution du volume apparent du précipité.
De même, si l'on introduit dans la liqueur en traitement des particules ou cris taux d'alumine préalablement préparés et triés de façon à présenter une grosseur rela- tivement grande, l'alumine se précipite de la solution fraîche plus rapidement et sous forme de particules de plus grand volume.
L'acide carbonique sera généralement l'acide préféré en raison de son bon marché et: de la facilité de son emploi.
Le procédé de l'invention utilise, au moins en partie, ces propriétés; selon ce procédé, on effectue la précipitation de la solution d'alu minate de chaux par l'acide choisi en faisant agir celui-ci sur la solution fraîche en pré sence d'un précipité provenant du traitement antérieur d'une autre fraction de solution par l'acide et maintenu en suspension pendant l'action de l'acide par agitation de la liqueur.
L'opération s'effectuera, par exemple, en laissant s'accumuler le précipité dans la liqueur jusqu'à.ce qu'il ait atteint la densité apparente désirée, tandis qu'on remplacera périodiquement ou d'une façon continue par une solution fraîche le liquide épuisé et cla rifié résultant du traitement.
Pour obtenir la précipitation complète d'une quantité donnée de solution, il faut une quantité déterminée d'acide. La vitesse d'admission de cette quantité d'acide joue, comme il a été dit, un rôle dans le grossis sement du précipité; elle peut être introduite en un temps variant de quelques minutes à une heure environ et même davantage. Plus l'admission est lente, et plus élevée est la densité apparente du précipité final.
Dans les expériences mentionnées ci- dessus, chaque opération durait une demi- heure; le gaz employé était un gaz de com bustion à 20 % de<B>CO'.</B>
Le réglage de cette durée d'action s'effec tue très simplement, par exemple en réglant le débit d'arrivée de l'acide, liquide ou ga zeux, dans la liqueur à traiter.
En outre, la précipitation pourra être amorcée par des cristaux ou grains d'alu mine; dans le cas où le sel de chaux formé est insoluble, elle pourra être amorcée soit par des cristaux ou grains d'alumine, soit par un mélange des deux en vue d'accélérer le grossissement des grains du précipité. Pour cet amorçage, on pourra par exemple em- ployer des cristaux d'alumine préparés spé cialement par un moyen connu quelconque donnant de l'alumine cristallisée pure; ou encore des grains de dimensions voulues extraits par tous moyens appropriés du pré cipité formé par une opération antérieure.
De même les cristaux d'amorçage du sel de chaux pourront être préparés spécialement par un moyen connu quelconque ou prélevés, par un mode de séparation approprié, dans un précipité antérieur.
Enfin, l'ensemencement préalable peut être fait de façon à différencier par le vo lume des grains les précipités des deux sub stances en vue d'en faciliter la séparation ultérieure. Cet ensemencement préalable au moyen de cristaux préparés séparément se fera, en général, au début d'une opération et ses effets subsisteront jusqu'à évacuation to tale du précipité.
Le procédé de l'invention pourra être mis en oeuvre par tous les moyens appropriés. On décrira, à titre d'exemple, un appareil qui semble particulièrement avantageux pour le traitement proposé.
La fig. 1 représente, schématiquement, un mode de réalisation de cet appareil; la fig. 2 représente une variante.
Sur la fig. 1, le réservoir extérieur A contient un réservoir intérieur _B en forme de cloche. Le tube C, réglable en hauteur, sert d'amenée à un gaz acide servant au trai tement, gaz carbonique par exemple, ou un mélange gazeux contenant ce corps. L'excès du gaz sort en K, le précipité qui s'accumule dans la trémie inférieure A' est évacué quand il en est besoin par l'orifice D. La liqueur d'aluminate est amenée par la tubulure E et le trop-plein sort en F. Une arrivée supplé mentaire de gaz est prévue en G à la; partie inférieure de la trémie A' pour la mise en route.
H est un déflecteur qui empêche les bulles de gaz de passer dans l'intervalle an nulaire compris entre le récipient A et la cloche B, et d'agiter le liquide qui se trouve dans cet intervalle.
A la mise en route, on remplit par exem ple l'appareil d'eau, puis on introduit l'alu- minate en E et le gaz en G en réglant conve nablement les débits; le liquide en excès se décante dans l'intervalle annulaire compris entre<I>A et B</I> et sort en F; le précipité qui s'accumule dans la trémie est constamment remis en suspension à l'intérieur de la cloche B par le jet de gaz.
Lorsque le précipité a atteint la qualité désirée et remplit plus ou moins le cône, on fait arriver le gaz par C, tandis qu'on l'arrête en G et l'on continue à travailler en réglant la hauteur du tube C de façon à maintenir en suspension par le jet gazeux une portion convenable du précipité antérieur. La marche des opérations se règle en réglant le courant gazeux, le niveau de son introduction dans la trémie, le prélèvement du précipité en D et l'arrivée de la solution en E.
Pendant le fonctionnement de l'appareil, le gaz maintient une partie du précipité en suspension à l'intérieur de la cloche B et agit sur la liqueur fraîche admise par le tube E. L'espace entre<I>A</I> et<I>B</I> sert de chambre de dé cantation et la liqueur épuisée sort en F. L'autre part, le précipité qui tombe le pre mier au fond où se fait le prélèvement est naturellement le plus dense. Une fois la mise en route réalisée, les opérations décrites pour ront s'effectuer soit d'une façon continue, soit d'une façon discontinue, ou les unes d'une façon continue et les autres d'une façon dis continue.
Au lieu d'assurer l'agitation par le bar botage du gaz, on pourrait employer une pompe de brassage prélevant au niveau choisi le liquide chargé de précipité et le projetant dans le gaz acide, ou tout autre dispositif équivalent. La fig. 2 représente un dispositif de ce genre.
L'agitation est assurée par une pompe à hélice L, dont l'hélice tourne à l'in térieur d'une cheminée verticale M montée dans l'axe de la cloche B; à la partie supé rieure de la cheminée, au-dessus du niveau du liquide est placé un diffuseur N qui pro jette en jets le liquide sortant de la cheminée; la pompe est actionnée par un moteur P;
la cheminée est munie à sa partie inférieure d'une rallonge télescopique Q, commandée de l'extérïeur au moyen, par exemple, du pignon R engrenant avec une crémaillère figée sur la rallonge. Le gaz acide arrive en S.
Le fait d'obtenir des précipités dont la densité est réglée à volonté est d'une extrême importance au point de vue industriel.
En effet, à ces densités différentes cor respondent des propriétés physiques diffé rentes que l'ou peut utiliser selon l'usage que l'on a en vue. Les précipités relativement légers ont par exemple des caractéristiques physiques: finesse de grain et propriétés ab sorbantes, remarquables. Ils sont par contre volumineux et retiennent une quantité d'eau qui en rend le séchage relativement difficile.
Les précipités denses sont au contraire fa ciles à sécher, aussi sera-t-il généralement plus avantageux de les obtenir sous cette forme quand le produit est destiné à être utilisé pour ses propriétés chimiques et non pour ses propriétés physiques.
La différence n'est pas d'ailleurs absolu ment tranchée, car il est bien connu que l'état physique n'est pas sans rapport avec l'acti vité chimique d'un corps. On réglera donc les propriétés du précipité selon l'application envisagée; les applications physiques compre nant par exemple: les produits de charge, les produits isolants, les produits réfractaires et analogues; les applications physico-chimiques sont celles qui mettent en oeuvre par exemple les propriétés adsorbantes du produit; parmi les applications chimiques, on citera l'extrac tion de l'alumine pure, la préparation du sul fate d'alumine, etc.
On donnera ci-après quelques exemples d'applications a) Le précipité sert de matière première à la fabrication de l'alumine par le procédé Bayer. Dans ce cas, il y a intérêt à employer une matière dense contenant peu d'eau de mouillage de façon à ne pas diluer au delà de certaines limites la soude qui sert à l'at taque.
On poussera donc le traitement pour ob tenir un précipité de forte densité. b) Le précipité doit être traité pour en extraire mécaniquement l'alumine. On amor cera alors par ensemencement préalable de carbonate de chaux de préférence en cristaux déjà bien développés sans ensemencement en cristaux d'alumine et on procède par carbo natation relativement lente. Dans ces condi tions, on obtient des cristaux de carbonate relativement très gros par rapport à ceux d'alumine et la séparation s'effectue facile ment par les moyens connus.
Bien entendu on tiendra compte, dans le réglage des opérations, du fait que l'augmen tation de densité du précipité étant obtenue par l'agitation d'un précipité de densité crois sante, l'opération implique une dépense de force motrice. Mais cette dépense est très fai ble et très largement compensée par les éco nomies réalisées sur la filtration, le séchage, etc.
L'explication du phénomène utilisé par l'invention paraît résider dans un grossisse ment des particules d'alumine et du sel de chaux formé, la précipitation s'effectuant chaque fois au profit des particules pré existantes.
Il est particulièrement remarquable que le grossissement des particules d'alumine se produise malgré la très grande rapidité de la précipitation et dans un milieu où la solubi lité de l'alumine est pratiquement nulle, l'alumine n'ayant apparemment par elle- même pas de solubilité appréciable dans les solutions d'aluminate de chaux ou dans les eaux mères.
L'examen microscopique montre un chan gement caractéristique du précipité; l'alu mine qui existe au début en amas translucides d'éléments très fins apparaît en grains de plus en plus volumineux et de plus en plus opaques; tandis que le carbonate de chaux forme peu à peu des cristaux de dimensions de plus en plus considérables.
On remarque d'ailleurs que le carbonate de chaux existe toujours dans le mélange, en grains beaucoup plus gros que l'alumine, même en l'absence de tout amorçage, proba blement parce qu'il a une solubilité beaucoup plus élevée que celle de l'alumine dans les solutions utilisées, bien que cette solubilité soit faible en valeur absolue.